Лекція № 7

Тема: Методика навчання поняття інформації та інформаційних процесів.
Методика формування поняття інформаційної системи.

Зміст.

1. Основні поняття (інформація, повідомлення, шум), їх характеристики.

2. Методичні рекомендації до викладання питань про носіїв повідомлень, інформаційних процесів.

3. Кодування повідомлень. Обробка повідомлень.

Шкільний курс інформатики базується на 3 фундаментальних поняттях: інформація-алгоритм-ЕОМ. Якщо для введення понять алгоритму та знайомства з приладами комп’ютера вже створені певні методики, то, як показує практика, поняттю інформація вчителі майже не приділяють уваги. Часто вчителі або формально відносяться до пояснення цього поняття, або зовсім його опускають. Крім того, деякі вчителі вважають, що курс інформатики повинен починатися не з вивчення теоретичних питань, а з практичної роботи за комп’ютером.

В багатьох посібниках небагато матеріалу, який присвячений розгляду поняття інформації (за винятком підручника М.І.Жалдака „Інформатика – 7”). Тим самим створюється уявлення, що дане поняття очевидне і говорити про це багато і систематично не слід. Разом з тим поняття інформації є ключовим поняттям, що зв’язує різні теми курсу. В курсі інформатики насамперед слід вивчати властивості інформації, методи і засоби її збирання, зберігання, опрацювання, подання, передавання, коректного і правильного користування.

Процес ознайомлення учнів з поняттям інформації можна поділити на такі етапи:

1. Введення поняття інформації.

2. З’ясування взаємозв’язків між поняттями інформація і повідомлення.

3. Створення уявлень про носіїв інформації.

4. З’ясування питань про способи подання інформації.

5. Формування уявлень про види інформації.

6. З’ясування питань про оцінювання і вимірювання інформації, взаємоперетворення інформації і шуму.

7. Формування уявлень про кодування повідомлень, за допомогою яких передається інформація.

8. З’ясування властивостей інформації.

9. Формування уявлень про інформаційні процеси.

Поняття інформації.

Доцільно ознайомить учнів з цим поняттям на перших уроках інформатики. Це дасть можливість аргументовано розкрити зміст предмета інформатики.

Методи вивчення: індуктивний за логікою, за джерелами подання інформації – пояснювально-ілюстративний, за ступенем самостійності учнів – репродуктивний.

Поняття інформації відноситься до основних і не визначається через простіші поняття. Вчитель повинен пам’ятати, що немає точної відповіді на питання – що таке інформація, що „інформація – лише одна із сторін відображення оточуючої дійсності нервовою системою живого організму, свідомістю людини”. Тому вводити поняття інформації слід конкретно-індуктивним способом, за допомогою наочних, добре знайомих учням прикладів.

Розглянемо деякі з них:

1. Обмін повідомленнями між людьми відбувається за допомогою:

- світлових сигналів;

- сукупності певних знаків (письмо) – книги, газети, журнали;

- звукових сигналів – мова, музика;

- зорових образів – художні твори, кінофільми, відеофільми, графіка;

- технічних засобів – радіо, телебачення, телеграф, телефон.

При цьому одна група людей породжує сигнали, інша – по-своєму сприймає цю сукупність сигналів.

2. Спілкування у тваринному та рослинному світі відбувається за допомогою звукових, світлових сигналів: крики тривоги, зазивні, лякаючі звуки, окраси, запахи, пози.

3. Передавання ознак від клітини до клітини, від організму до організму відбувається за допомогою сукупності генів, які зберігають відомості про склад, будову, характер обміну речовин, організм.

4. Обмін сигналами між людиною та автоматом відбувається за допомогою певних світлових, електричних та інших сигналів.

Доцільно запропонувати учням до кожного з виділених пунктів навести конкретні приклади.

Порівнюючи приклади, учні під керівництвом вчителя виділяють спільні суттєві та несуттєві ознаки.

Далі вчитель пояснює, що термін “інформація” пішов від латинського слова, що означає роз’яснення, виклад, обізнаність. (Див. словник термінів з інформатики). Вчитель не повинен намагатися дати точне означення цього поняття, навіть повинен звернути увагу учнів на те, що поняття інформації є первинним і не означуваним і роз’яснити деякі властивості цього поняття.

Інформацію із навколишнього середовища людина сприймає через органи чуття (доцільно показати схему):

1. органи зору (світле, темне, червоне, яскраве...);

2. органи слуху ;

3. органи нюху;

4. органи дотику;

5. органи смаку;

6. інформація про склад речовини – хімічні аналізи...

Доцільно учням дати завдання навести приклади роботи даних органів чуття.

Навчальні завдання з цієї теми в основному повинні сформувати відношення до поняття інформації як до поняття, яке лежить в основі сучасної інформаційної картини світу.

Вчителю доцільно підбирати питання та завдання проблемного характеру, наприклад:

1. Чи є інформацією нерозшифровані космічні посилання? Чому?

2. Чи одержуєте ви інформацію при другому читанні книги, підручника?

Таким чином поняття інформації і повідомлення слід вести на конкретних прикладах, не намагаючись дати точні означення.

Інформація та повідомлення. Поняття про шум.

Учні повинні на інтуїтивному рівні зрозуміти різницю між поняттям інформація та повідомлення.

Інформацію передають за допомогою повідомлень. Повідомлення передають за допомогою сигналів.

Слід звернути увагу:

- одну і ту ж інформацію можна передати за допомогою різних повідомлень (Усно, письмово...)

- одне і те ж повідомлення може нести різну інформацію залежно від того, як інтерпретують повідомлення.

Приклади:

- Пішохідний перехід

- Хороша погода

- Кивок головою

1. Якщо повідомлення не несе ніякої інформації, тоді воно несе шум.

2. Інформація може перетворитися в шум, і навпаки, шум може перетворитися в інформацію.

Засвоїти ці положення учням допоможуть приклади.

(Реклама про ліки; повторне отримання тієї ж інформації). Приклади повинні бути наочні. Для підвищення мотивації та інтересу учнів можна зробити комп’ютерну презентацію та запропонувати учням переглянути її і зробити висновки.

Способи подання інформації. Носії повідомлень.

На цьому етапі доцільно ввести поняття мови, як сукупності засобів і способів подання повідомлень. Повідомлення надають певною мовою. При цьому повідомлення може мати вигляд деякої послідовності знаків, жестів, звуків... Поняття мови не обмежується випадком спілкування між людьми. Приклади.

Важливим є розуміння того, від чого залежить подання повідомлення саме вибраною мовою. Подання повідомлення добирається так, щоб його передавання було якомога швидшим, надійнішим, опрацювання якомога зручнішим. Важливо, щоб повідомлення було ще й коротшим.

З поняттям носіїв повідомлень учні зустрічаються протягом всієї практичної частини шкільного курсу. Але доцільно описово ввести поняття носія повідомлень на перших заняттях, звернути увагу учнів на існування довго існуючих і недовго існуючих носіїв повідомлень. окремо виділити носії, що використовуються в комп’ютерній техніці.

Носії повідомлень необхідні для збереження та передавання інформації на відстані в різні проміжки часу.

Вчитель може будувати мотивацію введення поняття носія повідомлення наступним чином:

Зростаючі потоки інформації, необхідність її пошуку, збереження повідомлень сприяли появі носіїв повідомлень, що забезпечують можливість довготривалого їх зберігання у великій кількості та в компактній формі.

Носій – це фізичне середовище, у якому зберігається повідомлення.

Приклади носіїв – камінь, папір, фото- та кіноплівка, магнітно-, аудіо-. відео плівка, магнітні та оптичні диски.

На конкретних прикладах вчитель разом з учнями виділяє різницю між довго існуючими та недовго існуючими носіями. Довгоіснуючі – письмо (листи, газети), кіно, магнітні плівки, диски. Недовго існуючі – телефон, жести.

Далі вчитель може запропонувати дітям дібрати приклади до різних видів класифікації носіїв:

- за матеріалом, з якого виготовляють носії;

- спосіб виготовлення (рукописний, машинописний);

- за специфікою призначення (креслення, книги для сліпих, мікрофотокопії).

Для засвоєння поняття носія повідомлення доцільно запропонувати вправи на визначення носія повідомлення при різних способах їх передавання і збереження: задача з математики, картина, опера, радіопередача, аромат квітки, смак лимону.

Вимірювання інформації.

При викладанні цього питання слід звернути увагу учнів, що буде коректніше, якщо замість слів величина інформації слід говорити величина повідомлення. Наприклад, довжина слова “коса” – 4 літери, але яку саме інформацію воно несе? (коса на голові, або коса у косаря на полі).

Вчителю слід підкреслити, що при збереженні на носіях повідомлення займає певне місце. тому коректним є питання про величину повідомлення (кількість знаків, довжину тексту, площу графічного зображення) та відповідні одиниці вимірювання.

Об’єм текстового документу можна визначати кількістю сторінок, чи рядків, чи знаків. Наприклад, об’єм текстового документа довжиною 40 тисяч літер називають 1 друкованим аркушем.

Якщо повідомлення передається за допомогою лише 2 знаків (+ та -, або 0 та 1), тоді одне знакомісце називають біт (один двозначний розряд). Можна учням дати переклад слова з англійської мови. Якщо повідомлення займає 8 двозначних знакомісць. тоді довжину повідомлення називають байт. 1 кб= 1024 байт.

Оскільки на сучасних комп’ютерних носіях повідомлення подають за допомогою 2 знаків, то ємність запам’ятовуючих пристроїв вимірюють у байтах, Кб, Мб, Гб.

Вчителю доцільно навести приклади, після розгляду яких учням стане зрозуміло, що в одному і тому самому за об’ємом запам’ятовуючому пристрої можуть зберігатися різні повідомлення:

В 1000 Мб можна розмістити:

- 50000 сторінок тексту або 150 романів;

- 150 кольорових слайдів;

- 1,5 години аудіо запису;

- 10 хвилинний стерео-музичний фрагмент;

- протоколи операцій з банківськими розрахунками за 1000 років.

Далі вчителю слід пояснити учням, що інформація може оцінюватися людьми з різних точок зору – за змістом, за важливістю, за вчасністю. З одного й того ж повідомлення різні люди можуть зробити різні висновки, це залежить від того, як буде аналізуватися повідомлення.

Довжина повідомлення нічого не говорить про те. багато чи мало корисної інформації несе це повідомлення, чи воно несе лише шум.

Наприклад, важко сказати, яке з трьох повідомлень несе більше інформації: “жжж”, ”жжжжж”, ”жжжжжжжжжжж”. Неясно також яку інформацію несуть повідомлення: “2+2=5”, ”2*2=10”.

Далі можна запропонувати такий вид роботи:

1. Якщо повідомлення занадто довге і містить занадто велику кількість знаків, воно може бути не сприйнятим, і інформація, яку воно несе, може стати шумом. Якщо довге повідомлення поділити на частини і аналізувати окремо кожну частину, можна знайти набагато більше корисної інформації. Навести приклади (підручники).

2. Не всяке повідомлення доцільно і можна ділити на частини. В залежності на які частини буде поділене повідомлення, воно може набути різних тлумачень Приклади (“чумацький шлях”, “морський язик”, “козацька чайка” набувають інше тлумачення).

Для закріплення понять інформації, повідомлення, шуму, носіїв інформації, подання та вимірювання інформації можна запропонувати учням дати відповіді на такі питання:

1. Якщо над яром вигукнути слово “ура”, почути відлуння – “ура”. Чи отримується при цьому якесь повідомлення? Якщо так, то яке?

2. Чи однакову інформацію несуть повідомлення “+” та “знак додавання”?

3. Наведіть приклади, коли одне й те ж саме повідомлення може набути різного тлумачення залежно від того, які властивості цікавлять людину?

4. Наведіть приклади повідомлень, команд, вимог, правил, які повинні різними людьми за різних обставин тлумачитись однаково?

5. Наведіть приклади різних мов, за допомогою яких можна подавати повідомлення для різних людей?

Види інформації.

Для глибшого усвідомлення поняття інформації доцільно розглянути з учнями питання про види інформації. Інформацію можна класифікувати різними способами. Наприклад,

- у філософії розрізняють суб’єктивну і об’єктивну інформацію;

- у криміналістиці, економіці, медицині - повна, неповна; істинна, хибна інформація; вчасна, невчасна; вірогідна і невірогідна інформація.

Тобто в різних науках питання, що пов’язані з інформацією, вивчаються з різних точок зору. Для інформатики головними є питання про пошук, зберігання, опрацювання, подання, використання інформації.

Властивості повідомлень	Тлумачення властивостей	Приклади
Об’єктивність повідомлення	Повідомлення об’єктивне, якщо воно відображає реальний стан речей.
Вірогідність	Повідомлення вірогідне, якщо інформація, яку воно несе, не суперечить реальній дійсності, правильно її пояснює і підтверджується нею.
Повнота	Повідомлення повне, якщо воно достатньо для виведення правильних висновків і прийняття правильних рішень.
Актуальність (своєчасність)	Повідомлення актуальне, якщо воно важливе в заданий момент часу.
Корисність (практична цінність)	Корисність повідомлення оцінюється за тими задачами, які можна розв’язати з їх використанням.
Зрозумілість	Повідомлення зрозуміле, якщо при його сприйманні не виникає потреби у додаткових повідомленнях (не виникає запитань).

Властивості інформації.

Буде корисним, якщо діти зрозуміють, що окрім сприймання інформації за допомогою органів чуттів, людина може зберігати, опрацьовувати інформацію, в результаті отримувати нову і передавати її іншим людям за допомогою повідомлень. Для цього слід зупинитися на такому питанні, як властивості інформації. Для вище описаного процесу важливо, щоб інформація, яку несуть повідомлення, сприяла прийманню на її основі правильних рішень. Тому вона повинна характеризуватися такими властивостями, як вірогідність, повнота, актуальність, корисність, зрозумілість.

Обговорення даної теми проходить зацікавлено, якщо вчитель використовує при поясненні частково-пошуковий метод на базі нетривіальних прикладів із життя.

1. Вірогідність. Повідомлення вважається вірогідним, якщо воно не суперечить реальній дійсності, правильно її пояснює і підтверджується нею.

Наприклад, довгий час існувала теорія Птоломея, що сонце обертається навколо Землі. В 1543р. Копернік довів помилковість геоцентричної моделі світу та вірогідність геліоцентричної моделі.

2. Повнота. Для підвищення надійності і вірогідності інформації, набір повідомлень повинен бути достатнім, тобто якомога повнішим і вичерпним, з одного боку, а з іншого – містити якомога менше надлишкових, необов’язкових повідомлень (шуму).

Наприклад, слід установити про яку тварину йде мова, якщо відомо, що тварина ловить мишей. Для однозначного висновку наявних повідомлень недостатньо. це може бути їж, лиса, кіт. Якщо додати, що тварина має 4 лапи, 2 вуха, хвіст, ніс, очі, то таке додаткове повідомлення несе лише шум.

3. Своєчасність. Повідомлення, яке несе певну інформацію, має бути своєчасним, щоб інформація мала практичну цінність.

Наприклад, повідомлення: ”о 17 год. буде мультфільм”, яке отримано в 16.00 несе зовсім іншу інформацію, ніж те ж саме повідомлення, що отримане о 18.00 год.

4. Об’єктивність. Інформація об’єктивна, якщо вона відображає реальний стан речей. Повідомлення, що містять неповну інформацію, або навмисно організоване повідомлення, що призводить до неправильних висновків – це дезінформація.

Не слід намагатися дати учням найбільш повні та загальні відомості про властивості інформації. Необхідно чітко виділити та розмежувати лише ті сторони цього питання, на які буде спиратися подальше подання матеріалу.

Після пояснення матеріалу вчитель пропонує учням в наступних прикладах визначити властивості інформації, яка в них зустрічається:

1. Ви одержали пояснення до розв’язування математичної задачі, але описане незнайомою мовою.

2. Наступного дня на дошці об’яв з’явився правильний розв’язок всіх задач.

3. Яку властивість повідомлення характеризує “зіпсований” телефон, чутки, мисливські легенди?

4. Наведіть приклади:

- вірогідного, але необ’єктивного повідомлення;

- об’єктивного, але невірогідного повідомлення;

- повного, вірогідного, але некорисного повідомлення;

- своєчасного, але незрозумілого повідомлення.

Матеріал про властивості інформації носить ознайом чий характер, тому не слід вимагати від учнів знання розгорнутих і формальних означень, слід максимально спиратись на життєвий досвід учнів, їх інтуїцію.

Інформаційні процеси.

Особливе місце займає питання про інформаційні процеси. Основними інформаційними процесами є: пошук, збирання, збереження, передавання, опрацювання, використання, захист інформації.

Приймаючи повідомлення, людина фіксує його у свідомості. Повідомлення поступає у вигляді сигналів, які сприймаються органами чуття.

Сигнали – це умовні знаки, за допомогою яких звертають на щось увагу, оповіщають, передають повідомлення. Для передавання повідомлень люди з давніх часів використовують різноманітні способи та засоби – сторожові вишки, сигнальні вогні, гінці, голуби. Сьогодні повідомлення передаються за допомогою телекомунікацій.

Опрацювання повідомлень необхідне для виявлення інформації, яку вони несуть. При цьому самі повідомлення є інформаційними моделями процесів і явищ, що описані в повідомленнях.

Для зберігання великих масивів повідомлень їх наносять на довго існуючі носії. При цьому повідомлення відповідним чином впорядковують. Збирання повідомлень не є самоціллю, їх зберігають, щоб інформацію, яку вони несуть можна було багатократно використовувати.

Пошук необхідних повідомлень здійснюється за ключовими словами. Існує ручний та автоматичний пошук інформації.

Захистом інформації називають забезпечення неможливості:

- доступу до інформації сторонніх осіб;

- несумисного або недозволеного використання, зміни чи руйнування повідомлень, що несуть інформацію.

Кодування повідомлень.

Як правило повідомлення зберігаються у вигляді кодів. Кодування повідомлень – це подання їх за допомогою деякої послідовності знаків. Кодування – спосіб зберігання і передавання інформації, форма подання її на носіях.

Одне і те саме повідомлення можна кодувати по-різному. Системи кодування – абетка, ноти.

Далі вчитель згадує:

- біт – найменша довжина війкового коду;

- байт – послідовність з 8 бітів;

- загальна кількість різних війкових кодів довжиною 1 байт – 2⁸=256.

- Для кодування символів та для зберігання їх в запам’ятовуючих пристроях комп’ютера найчастіше використовують американський стандартний код для обміну інформацією – ASCII, який являє собою таблицю кодування загальновживаних знаків за допомогою війкових кодів.

В процесі історичного розвитку людство створило велику кількість різних мов для кодування повідомлень:

- розмовні мови;

- міміка і жести;

- малюнки і креслення;

- мова науки (математична, хімічна, біологічна);

- мова мистецтва (музика, живопис, скульптура);

- спеціальні мови (есперанто, морський семафор, азбука морзе, азбука Брайля).

Опрацювання повідомлень.

Питання опрацювання повідомлень є одним із основних для учнів. Важливо, щоб учні зрозуміли, що люди в своїй діяльності постійно зустрічаються з необхідністю опрацьовувати повідомлення, що несуть деяку інформацію. Учні наводять приклади.

Одним із найефективніших сучасних засобів опрацювання повідомлень є комп’ютер. За допомогою комп’ютера вхідні дані опрацьовуються за певними правилами, які складаються користувачем. Застосування комп’ютера, як інструмента для роботи з повідомленнями, багатогранні та різноманітні.

Опрацювання повідомлень в комп’ютері здійснюється за строгими формальними правилами. Можливості автоматичного опрацювання повідомлень базується на тому, що воно не завжди передбачає їх осмислення і є формальним.

Так учні підводяться до поняття вхідних, вихідних та внутрішніх даних, до поняття формальності. Необхідно тільки довести до свідомості учнів розуміння того, що повідомлення, для опрацювання їх комп’ютером, слід подавати в спеціальній формі. Правила опрацювання повідомлень комп’ютеру повинна наперед задати людина. Аналізувати наявні повідомлення та інформацію, яку вони несуть, і синтезувати на основі такого аналізу нову інформацію може тільки людина.